某市农业沙口路立交桥结构力学性能分析.pdf

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1、低温建筑技术2013年第3期(总第177期)某市农业沙口路立交桥结构力学性能分析李辉，张刚(天津大学土木工程系。天津300072)【摘要】以农业沙口路的预应力钢筋混凝土箱梁立交桥为研究对象，采用有限元计算软件ANSYS对此立交桥进行力学性能分析计算。首先利用ANSYS建立立交桥的计算机数值模型，分别对其在重力，预应力，重力与预应力共同作用的静态分析情况下进行比较；然后对其进行模态分析，计算前八阶的固有频率和振型；最后对其进行了地震波影响下的瞬态响应分析。【关键词】预应力混凝土；立交桥；有限元；ANSYS【中图分类号】TU312【

2、文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2013)03—0054—03本论文利用ANSYS有限元软件，建立了农业沙口路立求解速度，模型建立的难度，故在实体建模时只分析其中一交桥的有限元模型，并对其静态特性进行分析。然后对其段，且认为桥是规则的。有限元模型如图1所示。固有振动模型进行了分析，计算出其前八阶固有频率和振型，最后对其进行了地震波影响下的瞬态响应分析。1计算模型(1)模型相关参数。研究对象位于某市沙口路上横跨农业路的一座立交桥，该桥为预应力混凝土箱梁结构，桥长184m，桥面净宽15．2m，箱梁截面为单箱双室，顶板边

3、缘厚20cm，中间厚30cm，底板厚40cm，腹板厚50cm，箱梁顶板两侧挑出的悬臂长度为2．5cm，在截面的顶板、底板分别施图1有限元模型加横向预应力筋和纵向预应力筋。桥梁的纵坡为2度，横向2有限元分析结果弯曲半径为180m。梁与桥墩之间采用球型桥梁支座接触，(1)静力分析结果。静力分析中考虑桥体在自身重桥墩为半径0．6m的实心圆柱体混凝土结构，桥墩柱间距为力及预应力共同作用下的竖向变形，并对桥墩底部施加全5．8m，纵向间距为22．8m。利用ANSYS建立其有限元模型，位移约束条件，进行静力分析，计算结果如图2所示，桥跨中单元

4、选择见表1，相关参数见表2。部变形最大且向上变形，与通常桥梁受自重作用下变形方向相反，可见预应力对桥梁形成一个预拱度，对桥梁力学性表1立交桥有限元模型单元能有很大改善作用。(2)预应力钢筋的处理。利用工作平面将桥体分割，分割面间的交叉线定义为力筋线。这样不断分割下去，最终形成许多复杂的体和多条力筋线，然后分别进行单元划’●l，l。‘哦稍ll-．●啪糊‘啦lm●分，最后利用降温法施加预应力。这种方法是基于几何模图2施加预应力变形图型的处理，将预应力钢筋和混凝土集为一体，力筋位置准确，求解结果精确。(2)模态分析结果。运用ANSYS

5、中的分块Lanczo8算法对模型进行分析求解，提取立交桥前八阶次模态并进表2材料参数行模态扩展。结果见表3。振型描述见表4。根据分析可知，立交桥的各阶频率较低且相差较大，桥面的变形较大，应该引起足够重视。(3)瞬态分析结果。地震对桥梁的损害极大，桥梁抗震设计是十分重要的设计考虑环节。地震波分体波和面波两种，体波又可分为纵波和横波。纵波是疏密波，周期短，由于立交桥结构为弯曲的，考虑到预应力钢筋的施加，振幅小；横波是剪切波，周期长，振幅大。根据弹性波动理李辉等：某市农业沙口路立交桥结构力学性能分析55论，纵波和横波的波速为：震响应系

6、数=0．08。于是可得地震响应计算式为：口=0．44T+0．036，0<≤O．1表3立交桥模态计算结果，2口=0．08，0．1<≤O．4(3)ka=(0．4／T)。_’×0．08，0．4<≤3由上述地震响应曲线和桥梁的固有频率能够求出地震频谱值。如表5所示。表5立交桥的地震频谱值1第一阶固有频率下，变形很小2箱体主梁上表面桥跨中部沿桥横向隆起，该处变形最大3桥面发生稍微扭曲，左边护栏中部变形最小，而右边护栏中部变形最大，同时桥墩也发生扭曲4桥整体向右边发生移动。桥面处变形不大。与第二阶变形相当，同时桥墩处也发生了扭曲5桥整体发生

7、扭曲，桥面上两对角变形，且变形方向相同；桥墩也发生扭曲，同时两桥墩发生不同方向的扭曲因此利用ANSYS中的瞬态分析模块，对立交桥在地震6桥主梁变形较大，一端发生隆起，且沿着横向方向隆起；作用下的力学性能进行分析，选取的地震波为最典型的天另一端向下凹，端面变形较大津波，如图3所示。对立交桥比较薄弱的位置进行计算分析，计算结果如图4～图6所示。7整体发生了严重的扭曲，桥面上一对角端向上翘起，且变形最大；而另外两对角端向下凹，且变形最小1．50一1JI8桥梁中部沿纵向下凹，最大变形发生在桥面护栏中部11．0000．50一．A—一AA．

8、0．00【V’VWyV一O．5OY’-o．oo时间，B=(2)在7级地震、场地为Ⅲ类情况下，计算立交桥动态响应。图3天津波地震波波形图根据经验确定该立交桥自振周期=O．4s。根据规范，地IlJII6二一_{-+H十一●——O．8lllljlIIIll0．8’0．